(57)【要約】【課題】  プラズマビームを工程チャンバー内に位置したエッチングする基板またはスパッタリングするスパッタターゲットに均一に供給できるようにするプラズマ加速装置及び該装置を備えるプラズマ処理システムを提供する。【解決手段】  プラズマ加速装置は、内壁と所定の間隔を隔てて内壁を外囲する外壁、及び内壁と外壁の一端部を開放する出口を形成するように内壁と外壁の他端部とを連結する端部壁を有するチャンネルと、チャンネル内にガスを供給するガス供給部、及びチャンネル内のガスにイオン化エネルギーを供給してプラズマビームを生成し、生成されたプラズマビームを出口に向かって加速させるプラズマ生成／加速部と、を含み、チャンネルの内壁と外壁の少なくとも一方が、少なくとも出口側部分が中心に近づくように所定の角度にて傾斜してなる。【選択図】      図６
2006352126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内壁と、該内壁と所定の間隔を隔てて該内壁を外囲する外壁、及び該内壁と該外壁の一端部を開放する出口を形成するように該内壁と該外壁の他端部とを連結する端部壁を有するチャンネルと、
前記チャンネル内にガスを供給するガス供給部、及び
前記チャンネル内のガスにイオン化エネルギーを供給してプラズマビームを生成し、生成されたプラズマビームを出口に向かって加速させるプラズマ生成／加速部と、を含み、
前記チャンネルの前記内壁と前記外壁の少なくとも一方が、少なくとも出口側部分が中心に近づくように所定の角度にて傾斜してなることを特徴とするプラズマ加速装置。
【請求項２】
前記チャンネルの前記内壁が、少なくとも出口側部分が中心に近づくように所定の角度にて傾斜してなることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ加速装置。
【請求項３】
前記チャンネルの前記内壁と前記外壁ともに、少なくとも出口側部分が中心に近づくように所定の角度にて傾斜してなることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ加速装置。
【請求項４】
前記プラズマ生成／加速部は、
前記チャンネルの前記端部壁の軸方向外側に設けられた上部インダクターと、
前記チャンネルの前記内壁の放射状内側に設けられ、軸方向に沿って誘導磁場が減少するように形成された内部インダクター、及び
前記チャンネルの前記外壁の放射状外側に前記内部インダクターに並んで設けられ、軸方向に沿って誘導磁場が減少するように形成された外部インダクターと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ加速装置。
【請求項５】
前記内・外部インダクターは、それぞれ同じコイル巻き数を有し、それぞれに供給される電流が軸方向に沿って減少するように印加される複数のループコイルを含むことを特徴とする請求項４に記載のプラズマ加速装置。
【請求項６】
前記内・外部インダクターは、それぞれコイル巻き数が軸方向に沿って減少するように構成された複数のループコイルを含むことを特徴とする請求項４に記載のプラズマ加速装置。
【請求項７】
内壁と、該内壁と所定の間隔を隔てて内壁を外囲する外壁、及び該内壁と該外壁の一端部を開放する出口を形成するように該内壁と該外壁の他端部とを連結する端部壁を有するチャンネルと、
前記チャンネル内にガスを供給する第１のガス供給部と、
前記チャンネル内のガスにイオン化エネルギーを供給してプラズマビームを生成し、生成されたプラズマビームを出口に向かって移動させるプラズマ生成／加速部、及び
前記チャンネルの前記出口と連通し、基板を保持する基板ホルダーを有する工程チャンバーと、を含み、
前記チャンネルの前記内壁と前記外壁の少なくとも一方が、少なくとも出口側部分が中心に近づくように所定の角度にて傾斜してなることを特徴とするプラズマ処理システム。
【請求項８】
前記チャンネルの前記内壁が、少なくとも出口側部分が中心に近づくように所定の角度にて傾斜してなることを特徴とする請求項７に記載のプラズマ処理システム。
【請求項９】
前記チャンネルの前記内壁と外壁ともに、少なくとも出口側部分が中心に近づくように所定の角度にて傾斜してなることを特徴とする請求項７に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１０】
前記プラズマ生成／加速部は、
前記チャンネルの前記端部壁の軸方向外側に設けられた上部インダクターと、
前記チャンネルの前記内壁の放射状内側に設けられ、軸方向に沿って誘導磁場が減少するように形成された内部インダクター、及び
前記チャンネルの前記外壁の放射状外側に前記内部インダクターに並んで設けられ、軸方向に沿って誘導磁場が減少するように形成された外部インダクターと、を含むことを特徴とする請求項７に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１１】
前記内・外部インダクターは、それぞれ同じコイル巻き数を有し、それぞれに供給される電流が軸方向に沿って減少するように印加される複数のループコイルを含むことを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１２】
前記内・外部インダクターは、それぞれコイル巻き数が軸方向に沿って減少する複数のループコイルを含むことを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１３】
前記工程チャンバーに工程ガスを供給する第２のガス供給部を更に含むことを特徴とする請求項７に記載のプラズマ処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ加速装置に関し、より詳しくは、基板から薄膜をエッチングして除去し、または基板に薄膜を蒸着する半導体基板処理工程に使われるプラズマ加速装置及び該装置を備えるプラズマ処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、高速のマイクロプロセッサ及び高記録密度のメモリーへの要求が高まる一方で、一つの半導体チップ上に多くの素子が搭載できるようにゲート誘電体の厚さ及びロジック素子の幅方向の寸法を縮小する技術、例えば、トランジスターゲート長を３５ｎｍ以下に縮小し、ゲートオキサイドの厚さを０．５ｎｍ以下に縮小し、金属化レベルを６以上に向上するための研究が盛んに進められてきている。
【０００３】
しかしながら、このような技術を実現するためには、半導体チップ製造工程の際、装置の実装密度が高められる高性能の蒸着及び／またはエッチング装置が要求される。このような高性能の蒸着及び／またはエッチング装置の例としては、プラズマ加速装置を使うプラズマエッチャー、プラズマスパッタリングシステムなどが広く知られている。
【０００４】
図１は、プラズマエッチャーまたはプラズマスパッタリングシステムに使われる一従来のホール効果プラズマ加速装置１０を概略的に示している。このホール効果プラズマ加速装置１０は、米国特許第５,８４７,４９３号に開示されている。
【０００５】
図１を参照すれば、ホール効果プラズマ加速装置１０は、遮蔽された上端と開放された下端を有する環状チャンネル２２を有する。内・外部環状コイル１６、１７、１８、１８'、１９は、環状チャンネル２２の内・外部に同軸上に並んで位置し、物理的及び磁気的に分離された磁極を持って磁場を形成する。環状陽極２４は、ガス供給管２５に接続されて供給されるガスをイオン化させる。陰極２７は、チャンネル２２下端の磁極の上方に位置し、これにガス供給線２９が接続されて電子を供給する。
【０００６】
外部コイル１７、１８、１８'、１９は、チャンネル２２を外囲する上部コイル１７とチャンネル２２の開口を取り囲む分離されたセクションの下部コイル１８、１８'、１９とに分けられ、上部コイル１７と内部コイル１６の上部とが誘電層２３で仕切られることで該領域の磁場を遮蔽し、その結果、チャンネル２２全体でないチャンネル２２の開口部２２ａ領域においてのみチャンネル２２の空間部２０を横切る局所的な磁場が誘導されるようにする。下部コイル１８、１８'、１９が位置する部分に形成された磁場は電子を局所的に捕捉する。
【０００７】
したがって、ホール効果プラズマ加速装置１０では、陽極２４と陰極２７が存在することで形成された電場では陽イオンのみを加速させることが可能であり、電気的に中性であるプラズマを加速させることは不可能である。また、ホール効果プラズマ加速装置１０では、イオンを蒸着したい基板の表面上に電荷を蓄積することで電荷短絡といった損失を生じさせることがあり、微細パターン内のノッチを生じさせることでエッチングプロファイルにバラツキが生じ得る。
【０００８】
図２は、プラズマエッチャーまたはプラズマスパッタリングシステムに使われる別の従来の同軸プラズマ加速装置４０を概略的に示している。この同軸プラズマ加速装置２０は、論文IEEE  Tran.  On  Plasma  Sci.,  VOL.  22,  No.  6,  1015,  1994.  J.  T.  Scheuer,  et.  al.に開示されている。
【０００９】
図２を参照すれば、同軸プラズマ加速装置４０は、遮蔽された上端と開放された下端を有し、内部に流れ込まれるガスが放電しながら生成するプラズマが加速される環状チャンネル５０を有する。円筒状陰極５４は、チャンネル５０の内部に位置し、円筒状陽極５２は、陰極５４と所定の間隔を隔てられてチャンネル５０の開口部の外側に同軸方向に並んで位置する。
【００１０】
また、同軸プラズマ加速装置４０は、チャンネル５０内のプラズマを制御する制御コイル６４と、陰極５４の内部に設けられた陰極コイル５６、及び陽極５２の外部に設けられた陽極コイル５８と、を備える。
【００１１】
このような同軸プラズマ加速装置４０では、陽極５２と陰極５４がそれぞれ設けられる内壁及び外壁を有するチャンネル５０と、チャンネル５０の外部に制御コイル６４を備えることにより、チャンネル５０を横切る電流を内部に形成し、この電流によって陰極５４を取り囲む放射状方向に磁場を誘導する。この同軸プラズマ加速装置４０には、基本的に出口速度が５００ｅＶ程度と非常に大きくて陽極と陰極が存在する直流放電を用いるため、チャンネル５０内における陽極５２から陰極５４に向かって加速されるプラズマイオンが陰極５４に強くぶつかることでこの陰極５４をひどく損傷させ、半導体薄膜蒸着工程におけるエッチング工程のための用途としては不向きである。
【００１２】
このような問題を防止するために、陽極と陰極を備えていない誘導結合放電型プラズマ加速装置６０（図３）が提案された。
【００１３】
図３を参照すれば、プラズマ加速装置６０は、プラズマチャンネル７７と、上部環状ループインダクター７９、及び内・外部環状ループインダクター７１、７３とを備える。
【００１４】
プラズマチャンネル７７は、ガスがイオン化され加速化される所であって、下方（図３の上部）に開放された開口部すなわち出口７７ａを有して環状に形成される。プラズマチャンネル７７の出口７７ａは、プラズマ加速装置６０が適用されるプラズマエッチャーまたはスパッタリングシステムの工程チャンバー７０（図５参照）と連通する。
【００１５】
プラズマチャンネル７７の端部壁８１には、上部環状ループインダクター７９が配置されている。上部環状ループインダクター７９は、プラズマチャンネル７７内のガスにＲＦエネルギーを供給し、このＲＦエネルギーによって発生した電子をガスの中性原子にぶつけてプラズマビームを形成する。
【００１６】
プラズマチャンネル７７の内壁８２と外壁８３には、磁場を発生するためにコイルが巻かれた内・外部環状ループインダクター７１、７３が配設されている。内・外部環状ループインダクター７１、７３は、同軸状に並んで配設される。
【００１７】
このような従来のプラズマ加速装置６０の動作について説明すれば、次のとおりである。
【００１８】
まず、ガス源（図示せず）からプラズマチャンネル７７内へガスが供給されれば、上部環状ループインダクター７９は、供給されたガスにＲＦエネルギーを供給する。その結果、ＲＦエネルギーによって発生する電子がガスの中性原子にぶつかり、ガスがイオン化してプラズマビームを発生する。
【００１９】
内・外部環状ループインダクター７１、７３は、プラズマチャンネル７７内へ磁場Ｂと二次電流Ｊを誘導し、プラズマビームをプラズマチャンネル７７の出口７７ａに向かって加速させる電磁気力Ｆを形成する。
【００２０】
このような従来のプラズマ加速装置６０では、電磁気力Ｆによって極性に関係なく同一方向にイオンを加速するため、従来の静電型加速器１０、４０では必須とされていた陽極と陰極を備える必要がなくなることで装置の構成を簡易化でき、また内・外部環状ループインダクター７１、７３を流れる電流を調節することによって、生成される電磁気力Ｆを簡単に調節可能であるという長所がある。
【００２１】
しかしながら、従来のプラズマ加速装置６０では、プラズマチャンネル７７が環状であるため、プラズマチャンネル７７の出口７７ａに向かって加速されたプラズマビームが、図５の点線で示すように工程チャンバー７０の中心寄りに均一に誘導できなくなる。その結果、通常プラズマチャンネル７７の中心の下方で基板ホルダー８０に保持された基板８５またはスパッタターゲット（図示せず）には、プラズマビームが均一に供給できなくなる。よって、工程チャンバー７０内においてエッチングされる基板８５の均一なエッチングプロファイルが得られなくなり、またはスパッタターゲットからスパッタされた物質によって基板に蒸着される薄膜の均質度が下がるようになる。
【特許文献１】日本公開特許平２００２−１５１２９８号公報
【特許文献２】米国特許第５，８４７，４９３号公報
【特許文献３】米国特許第６，８２４，３６３号公報
【特許文献４】論文ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎ.ｏｎ  Ｐｌａｓｍａ  Ｓｃｉ.、ＶＯＬ.２２、ＮＯ.６、１０１５、１９９４.Ｊ.Ｔ.Ｓｃｈｅｕｅｒ、ｅｔ.ａｌ.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
そこで、本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的としては、エッチング、スパッタリングなどのような半導体基板処理工程の際、工程チャンバーにプラズマビームを均一に供給可能なプラズマ加速装置及び該装置を備えるプラズマ処理システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するための本発明の一実施の形態によるプラズマ加速装置は、内壁と、内壁と所定の間隔を隔てて内壁を外囲する外壁、及び内壁と外壁の一端部を開放する出口を形成するように内壁と外壁の他端部とを連結する端部壁を有するチャンネルと、チャンネル内にガスを供給するガス供給部、及びチャンネル内のガスにイオン化エネルギーを供給してプラズマビームを生成し、生成されたプラズマビームを出口に向かって加速させるプラズマ生成／加速部と、を含み、チャンネルの内壁と外壁の少なくとも一方が、少なくとも出口側部分が中心に近づくように所定の角度にて傾斜してなることを特徴とする。
【００２４】
好適な実施の形態において、チャンネルの内壁が、少なくとも出口側部分が中心に近づくように所定の角度にて傾斜してなることが好ましい。
【００２５】
選択的に、チャンネルの内壁と外壁ともに、少なくとも出口側部分が中心に近づくように所定の角度にて傾斜してなることがよい。
【００２６】
プラズマ生成／加速部は、チャンネルの端部壁の軸方向外側に設けられた上部インダクターと、チャンネルの内壁の放射状内側に設けられ、軸方向に沿って誘導磁場が減少するように形成された内部インダクター、及びチャンネルの外壁の放射状外側に内部インダクターに並んで設けられ、軸方向に沿って誘導磁場が減少するように形成された外部インダクターと、から構成すればよい。
【００２７】
内・外部インダクターは、それぞれ同じコイル巻き数を有し、それぞれに供給される電流が軸方向に沿って減少するように印加される複数のループコイルから構成されることが好ましい。選択的に、内・外部インダクターは、それぞれコイル巻き数が軸方向に沿って減少するように構成された複数のループコイルから構成すればよい。
【００２８】
本発明の他の実施の形態によるプラズマ処理システムは、内壁と、内壁と所定の間隔を隔てて内壁を外囲する外壁、及び内壁と外壁の一端部を開放する出口を形成するように内壁と外壁の他端部とを連結する端部壁を有するチャンネルと、チャンネル内にガスを供給する第１のガス供給部と、チャンネル内のガスにイオン化エネルギーを供給してプラズマビームを生成し、生成されたプラズマビームを出口に向かって移動させるプラズマ生成／加速部、及びチャンネルの出口と連通し、基板を保持する基板ホルダーを有する工程チャンバーと、を含み、チャンネルの内壁と外壁の少なくとも一方が、少なくとも出口側部分が中心に近づくように所定の角度にて傾斜してなることを特徴とする。
【００２９】
好適な実施の形態において、チャンネルの内壁が、少なくとも出口側部分が中心に近づくように所定の角度にて傾斜してなることが好ましい。
【００３０】
選択的に、チャンネルの内壁と外壁ともに、少なくとも出口側部分が中心に近づくように所定の角度にて傾斜してなることがよい。
【００３１】
プラズマ生成／加速部は、チャンネルの端部壁の軸方向外側に設けられた上部インダクターと、チャンネルの内壁の放射状内側に設けられ、軸方向に沿って誘導磁場が減少するように形成された内部インダクター、及びチャンネルの外壁の放射状外側に内部インダクターに並んで設けられ、軸方向に沿って誘導磁場が減少するように形成された外部インダクターと、から構成すればよい。
【００３２】
内・外部インダクターは、それぞれ同じコイル巻き数を有し、それぞれに供給される電流が軸方向に沿って減少するように印加される複数のループコイルから構成されることが好ましい。選択的に、内・外部インダクターは、それぞれコイル巻き数が軸方向に沿って減少する複数のループコイルから構成すればよい。
【００３３】
選択的に、プラズマ処理システムは、工程チャンバーに工程ガスを供給する第２のガス供給部を更に含むことができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によるプラズマ加速装置及び該装置を備えるプラズマ処理システムは、プラズマチャンネルの内壁と外壁の少なくとも一方が、プラズマチャンネルの中心に近づくように傾斜してなるため、プラズマ生成／加速部によって出口に向かって排出されるプラズマビームをプラズマチャンネルの中心側下方の工程チャンバーに位置したエッチングする基板またはスパッタリングするスパッタターゲットまで均一に供給可能である。よって、基板のエッチングプロファイルが均一になることで基板のエッチングパターンの精度が向上し、またはスパッタリングされた物質によって基板に蒸着される薄膜の均質度が向上するという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、添付図面を参照して、本発明によるプラズマ加速装置及び該装置を備えるプラズマ処理システムを詳述する。
【００３６】
図６は、本発明によるプラズマ加速装置を備えるプラズマ処理システム１００を概略的に示している。
【００３７】
本発明のプラズマ処理システム１００は、イオン化された高温のプラズマを用いて基板１８５にコートされたフォトレジストなどのような薄膜を気化または灰化して除去することで基板１８５上に選択的なエッチングパターンを形成するプラズマエッチャーである。
【００３８】
図６を参照すれば、プラズマ処理システム１００は、プラズマチャンネル１１０と、第１のガス供給部１２０と、プラズマ生成／加速部１３０と、工程チャンバー１７０、及び第２のガス供給部１９０とを備える。プラズマチャンネル１１０と、第１のガス供給部１２０、及びプラズマ生成／加速部１３０が、本発明によるプラズマ加速装置を構成する。
【００３９】
プラズマチャンネル１１０は、ガスがイオン化され加速化される所であって、ガスの放出方向に開放された出口１１０ａを有して環状に形成される。
【００４０】
プラズマチャンネル１１０は、内壁１１２と、外壁１１４、及び内壁１１２と外壁１１４とを連結する端部壁１１６を有する。
【００４１】
図６及び図７に示すように、プラズマチャンネル１１０の内壁１１２は、出口１１０ａ側部分がプラズマチャンネル１１０の形成する円の中心Ｏに近づくように所定の角度にて傾斜してなる切頭円錐状を有する。
【００４２】
外壁１１４は、内壁１１２との間に所定の空間を形成するように端部壁１１６寄りに位置した内壁１１２の上部の径より所定の距離だけ大きい径を有する円筒状を有する。
【００４３】
内壁１１２を所定の角度にて傾斜して形成する理由は、プラズマ生成／加速部１３０によって生成され出口１１０ａに向かって加速されるプラズマビームが、傾斜してなる内壁１１２によって工程チャンバー１７０の中心寄りへと誘導できるようにするためである。よって、図３を参照して説明した従来のプラズマ加速装置６０のプラズマチャンネル７７とは異なって、プラズマ生成／加速部１３０によってプラズマチャンネル１１０の出口１１０ａに向かって加速されたプラズマビームが、図１０の点線で示すように工程チャンバー１１０の中心寄りにバラツキなく分布できるようになる。その結果、工程チャンバー１７０内においてプラズマチャンネル１１０の中心Ｏの下方に配置される基板１８５が、プラズマビームにバラツキなく曝されるようになり、これにより基板１８５にコートされたフォトレジストなどのエッチングプロファイルが均一になる。
【００４４】
選択的に、図８に示すように、プラズマチャンネル１１０の内壁１１２と外壁１１４'ともに、出口１１０ａ側の部分が中心Ｏに近づくように所定の角度にて傾斜して形成することができる。この場合にもプラズマ生成／加速部１３０によってプラズマチャンネル１１０'の出口１１０ａに向かって加速されるプラズマビームを、内壁１１２だけを傾斜して形成した図７に示す構造と同様、工程チャンバー１７０の中心寄りに均一に分布できる。
【００４５】
プラズマチャンネル１１０の内壁１１２、外壁１１４、及び端部壁１１６は、石英またはパイレックス（登録商標）のような非導電性材料からなる。
【００４６】
プラズマチャンネル１１０の出口１１０ａは、工程チャンバー１７０と連通する。
【００４７】
第１のガス供給部１２０は、第１のガス注入部１２５と第１のガス源１２１からなる。第１のガス注入部１２５は、プラズマチャンネル１１０の端部壁１１６の内側に固設されており、第１の連結管１２３を介して第１のガス源１２１に接続された、連結されたガス注入リング１２６からなる。がス注入リング１２６には、リング径より小さい径を有し出口１１０ａに臨む多数の吐出穴が形成されている。第１のガス源１２１では、Ａｒのような第０族ガスと、Ｏ２及びＯ２混合物のような反応ガスなどのイオン化可能なガス、及びＣ２Ｆ２のような工程ガスを貯蔵している。
【００４８】
プラズマチャンネル１１０の端部壁１１６、内壁１１２、及び外壁１１４の外側には、プラズマ生成／加速部１３０が配設される。
【００４９】
プラズマ生成／加速部１３０は、上部環状ループインダクター１３２と内・外部環状ループインダクター１４０、１４４を備える。
【００５０】
上部環状ループインダクター１３２は、プラズマチャンネル１１０の端部壁１１６の外側（図６中の上部）に複数回巻かれた環状ループコイル１３３からなる。上部環状ループコイル１３３は、ＲＦ電源１５０に接続された第１の増幅器１５１と第１のマッチングネットワーク１５８を通して供給された約２ＭＨｚの周波数で約５００Ｗ乃至５．０ＫＷ、好ましくは、２．０ＫＷのＲＦエネルギーで作動する。したがって、上部環状ループコイル１３３は、ガス注入リング１２６の吐出穴から供給されたガスにＲＦエネルギーを印加することでこのＲＦエネルギーによって発生した電子をガスの中性原子にぶつけることによって、ガスをイオン化してプラズマビームを発生する役割を果たすようになる。
【００５１】
また、上部環状ループコイル１３３には、ＲＦ電源１５０に接続された第１の増幅器１５１と第１のマッチングネットワーク１５８を介して約４０Ａの電流が印加される。したがって、上部環状ループコイル１３３は、後述の図７を参照して内・外部環状ループインダクター１４０、１４４によって電磁気力Ｆが誘導される過程の説明と同様に、付随的にプラズマチャンネル１１０の内部に磁場Ｂと二次電流Ｊを誘導し、プラズマビームをプラズマチャンネル１１０の出口１１０ａに向かって加速させる電磁気力Ｆを形成する。
【００５２】
内・外部環状ループインダクター１４０、１４４は、それぞれプラズマチャンネル１１０の内壁１１２の内側（図６の放射状内側）と、外壁１１４の外側（図６の放射状外側）に配設されている。
【００５３】
内・外部環状ループインダクター１４０、１４４は、それぞれ１回巻かれた第１、第２、及び第３の内部環状ループコイル１４１、１４２、１４３と、第１、第２、及び第３の外部環状ループコイル１４５、１４６、１４７とからなる。第１、第２、及び第３の内部環状ループコイル１４１、１４２、１４３と、第１、第２、及び第３の外部環状ループコイル１４５、１４６、１４７は、互いに同軸状に並んで配列されている。
【００５４】
第１、第２、及び第３の内部環状ループコイル１４１、１４２、１４３と、第１、第２、及び第３の外部環状ループコイル１４５、１４６、１４７は、それぞれＲＦ電源１５０から第２乃至第７の増幅器１５２、１５３、１５４、１５５、１５６、１５７と第２乃至し第７マッチングネットワーク１５９、１６０、１６１、１６２、１６３、１６４を通して供給された約２ＭＨｚの周波数で５００Ｗ乃至５．０ＫＷ、好ましくは、２．０ＫＷのＲＦエネルギーで作動する。
【００５５】
本実施の形態における第１、第２、及び第３の内部環状ループコイル１４１、１４２、１４３と、第１、第２、及び第３の外部環状ループコイル１４５、１４６、１４７は、上部環状ループインダクター１３２と同じく約２ＭＨｚで約５００Ｗ乃至５．０ＫＷのＲＦエネルギーで作動するが、それぞれ１回巻かれており、また互いに固定間隔を隔てて離間しているため、ガスにＲＦFエネルギーを印加しているものの、プラズマビームは殆ど生成しない。
【００５６】
また、第１、第２、及び第３の内部環状ループコイル１４１、１４２、１４３と、第１、第２、及び第３の外部環状ループコイル１４５、１４６、１４７には、ＲＦ電源１５０からの電流が第２乃至第７の増幅器１５２、１５３、１５４、１５５、１５６、１５７と第２乃至第７マッチングネットワーク１５９、１６０、１６１、１６２、１６３、１６４を通して順次に減少するように供給される。その理由は、磁場圧力は高い所から低い所に移動する性質をもっているため、第１、第２、及び第３の内部環状ループコイル１４１、１４２、１４３と、第１、第２、及び第３の外部環状ループコイル１４５、１４６、１４７への電流を順次に減少するように供給することによって図９に示すようにプラズマチャンネル１１０の内部に誘導される磁場が出口１１０ａに向かってすなわち軸方向に沿って減少すれば、第１、第２、及び第３の内部環状ループコイル１４１、１４２、１４３の間、及び第１、第２、及び第３の外部環状ループコイル１４５、１４６、１４７の間で磁場圧力の差が生じ、これによってプラズマビームをプラズマチャンネル１１０の出口１１０ａに向かって一層早く加速できるためである。
【００５７】
例えば、第１、第２、及び第３の内部環状ループコイル１４１、１４２、１４３には、ＲＦ電源１５０から第２乃至第４の増幅器１５２、１５３、１５４と第２乃至第４マッチングネットワーク１５９、１６０、１６１を通じてそれぞれ６０Ａ、４０Ａ、及び２０Ａの電流が印加され、第１、第２、及び第３の外部環状ループコイル１４５、１４６、１４７）には、ＲＦ電源１５０から第５乃至第７の増幅器１５５、１５６、１７７と第５乃至第７のマッチングネットワーク１６２、１６３、１６４）を通じてそれぞれ−２５Ａ、−１５Ａ、及び−５Ａの電流が印加される。
【００５８】
したがって、図７に示すように、第１、第２、及び第３の内部環状ループコイル１４１、１４２、１４３と、第１、第２、及び第３の外部環状ループコイル１４５、１４６、１４７を流れる電流は、チャンネル１１０の内部に磁場Ｂを誘導し、この誘導された磁場Ｂは、マクスウェル方程式によって二次電流Ｊを誘導する。
【００５９】
二次電流Ｊと磁場Ｂは、次（式１）によってプラズマビームを極性に関係なくプラズマチャンネル１１０の出口１１０ａに向かって加速させるＺ軸方向の電磁気力Ｆを形成する。
【００６０】
Ｆ＝Ｊ×Ｂ                （式１）
また、第１、第２、及び第３の内部環状ループコイル１４１、１４２、１４３と、第１、第２、及び第３の外部環状ループコイル１４５、１４６、１４７に印加される電流が順次に減少するように供給され、これによってプラズマチャンネル１１０の内部に誘導される磁場が軸方向に沿って減少するため、電磁気力Ｆによって加速されるプラズマビームは、高い所から低い所に移動する磁場圧力の性質によってプラズマチャンネル１１０の出口１１０ａに向かって一層加速される。
【００６１】
第１、第２、及び第３の内・外部環状ループコイル１４１、１４２、１４３；１４５、１４６、１４７に印加される電流によって生じた電磁気力Ｆと、第１、第２、及び第３の内・外部環状ループコイル１４１、１４２、１４３；１４５、１４６、１４７の間の磁場圧力の差によって加速されるプラズマビームは、電子と陽イオンとが混合しているため中性を示し、例えば、１０１１乃至１０１２エレクトロン／ｃｍ３のプラズマ密度と２０乃至５００ｅＶのイオンエネルギーを有する。
【００６２】
ここでは、プラズマチャンネル１１０の内部に誘導される磁場が軸方向に沿って減少されるようにするために、第１、第２、及び第３の内・外部環状ループコイル１４１、１４２、１４３；１４５、１４６、１４７への電流を順次に減少するように供給することについて例示し説明したが、それに替えて軸方向に沿って巻かれる環状ループコイルの巻き数が減少するように構成し、第１、第２、及び第３の内・外部環状ループコイル１４１、１４２、１４３；１４５、１４６、１４７に同一の電流を印加することによってプラズマチャンネル１１０の内部に誘導される磁場を軸方向に沿って減少させるようにしてもよい。
【００６３】
また、第１、第２、及び第３の内・外部環状ループコイル１４１、１４２、１４３；１４５、１４６、１４７がプラズマビームを加速する役割を果たすことについてだけ例示し説明したが、コイルの巻き数を増大することでプラズマビームを生成する役割を果たしてもよい。
【００６４】
工程チャンバー１７０には、プラズマチャンネル１１０の出口１１０ａと連通し、プラズマ生成／加速部１３０から発生した電磁気力Ｆ及び磁場圧力の差によって移動するプラズマビームが供給される。工程チャンバー１７０は、０．３乃至３ｍＴｏｒｒの圧力を保持する。
【００６５】
工程チャンバー１７０の内部中央には、エッチングするフォトレジストなどのような薄膜がコートされた基板１８５を保持する基板ホルダー１８０が配置されている。基板ホルダー１８０は、加熱／冷却回路（図示せず）で加熱または冷却される銅ブロックからなる。
【００６６】
工程チャンバー１７０の一方側には、工程ガスを工程チャンバー１７０の内部に供給する第２のガス供給部１９０の第２のガス注入口１９７が設けられている。第２のガス注入口１９７は、連結管１９６を介して第２のガス源１９５に連結されている。第２のガス源１９５では、Ｃ２Ｆ２のような工程ガスを貯蔵されている。
【００６７】
以上、本発明によるプラズマ加速装置を備えるプラズマ処理システム１００を、高温のプラズマを用いて基板１８５上に選択的なエッチングパターンを形成するプラズマエッチャーとして例示し説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明のプラズマ処理システムを、等しい構成と原理で基板に薄膜を蒸着するプラズマスパッタリングシステム１００'（図１１）から構成してもよい。この場合、図１１に示すように、プラズマスパッタリングシステム１００′はさらにスパッタターゲットを有する。バイアス電圧制御器１９８により生成されるバイアス電圧はスパッタターゲット１８６に印加される。バイアス電圧は予め決定されている。基板１８５'は、基板ホルダー１８０'に保持され、スパッタターゲット１８６上に位置する。基板ホルダー１８０'は、スパッタターゲット１８６からスパッタされた物質を基板１８５'に均一に蒸着するために固定軸(図示せず)を中心に回転する。また、基板ホルダー１８０'は、プラズマ生成／加速部１３０で加速されるプラズマビームがスパッタターゲット１８６まで誘導されるようにプラズマビームが通る環状開口１８０ａ'を有する。第２のガス注入口１９７上には、基板１８０'近傍のガス圧力を制御する水平バッフル１９３が設けられている。
【００６８】
また、本発明によるプラズマ処理システム１００のプラズマ生成／加速部１３０のプラズマチャンネル１１０の構造を、図３を参照して説明した従来のプラズマ加速装置６０に適用することについて例示し説明したが、図２及び図３に係わって説明したプラズマ加速装置１０、４０のチャンネル２２、５０にも等しい構成と原理で工程チャンバー内のプラズマビームの分布を均一にさせるために適用してもよい。
【００６９】
このように構成された本発明によるプラズマ処理システム１００の動作を、図６、図７、及び図１０を参照して説明すれば、次の通りである。
【００７０】
まず、ガス源１２１からガス注入部１２５を通してＣ２Ｆ２、Ｏ２、Ａｒのようなガスがプラズマチャンネル１１０に供給される。
【００７１】
プラズマチャンネル１１０に供給されたガスは、例えば約２ＭＨｚで約２．０ＫＷのＲＦエネルギーで作動する上部環状ループインダクター１３２によって印加されたＲＦエネルギーによって発生する電子とガスの中性原子とがぶつかり、その結果、ガスがイオン化してプラズマビームを発生する。
【００７２】
プラズマビームは、内・外部環状ループインダクター１４０、１４４によって発生した電磁気力Ｆと内・外部環状ループインダクター１４０、１４４の第１、第２、及び第３の内・外部環状ループコイル１４１、１４２、１４３；１４５、１４６、１４７の間の磁場圧力の差によってプラズマチャンネル１１０の内部からプラズマチャンネル１１０の出口１１０ａに向かって加速され、出口１１０ａから工程チャンバー１７０の内部へ１０１１乃至１０１２エレクトロン／ｃｍ３のプラズマ密度と２０乃至５００ｅＶのイオンエネルギーとして放出される。
【００７３】
このとき、出口１１０ａから工程チャンバー１７０の内部へ放出されるプラズマビームは、プラズマチャンネル１１０の内壁１１２が中心Ｏ寄りに傾いて形成されているため、工程チャンバー１７０の基板ホルダー１８０に保持された基板１８５の方に均一に移動し得る。よって、基板１８５のエッチング工程の際、工程チャンバー１７０内においてプラズマチャンネル１１０の中心Ｏの下方に配置される基板１８５は、図１０に示すようにプラズマビームに均一に曝されるようになる。また、工程ガスは、第２のガス源１９５から第２のガス注入口１９７を通って工程チャンバー１７０に約１ｍＴｏｒｒの圧力で供給される。よって、プラズマビームは、工程ガスとぶつかり、方向性をもつか或いは方向性のないエッチングイオンまたは原子となる。その結果、工程チャンバー１７０内においてプラズマチャンネル１１０の中心Ｏの下方に配置される基板１８５のフォトレジストなどのような薄膜はエッチングイオンまたは原子によって気化または炭化して、約２０ｎｍ／ｍｉｎのエッチング率にてエッチングされ、エッチングプロファイルが均一になる。
【００７４】
以上、本発明の特定の好適な実施の形態について図示し説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく当該発明に属する技術分野における通常の知識を有する者であれば誰でも各種の修正と変形実施が可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明のプラズマ加速装置及び該装置を備えるプラズマ処理システムは、基板から薄膜をエッチングして除去し、または基板に薄膜を蒸着する半導体基板処理工程に適用され、プラズマビームを工程チャンバー内に位置したエッチングする基板またはスパッタリングするスパッタターゲットに均一に供給できるようにし、それにより基板のエッチングパターンの精度を向上し、またはスパッタリングされた物質によって基板に蒸着される薄膜の均質度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】一従来のプラズマ加速装置の概略切欠斜視図である。
【図２】他の従来のプラズマ加速装置の概略断面図である。
【図３】また他の従来のプラズマ加速装置の概略切欠斜視図である。
【図４】図３に示すプラズマ加速装置の断面図である。
【図５】図３に示すプラズマ加速装置から工程チャンバーに放出されるプラズマビームの分布を例示するグラフである。
【図６】本発明によるプラズマ加速装置を備えるプラズマ処理システムの概略切欠斜視図である。
【図７】図６に示すプラズマ処理システムのプラズマチャンネルの断面図である。
【図８】図６に示すプラズマ処理システムのプラズマチャンネルの変形例を例示する部分断面図である。
【図９】図６に示すプラズマ処理システムのプラズマチャンネルの軸方向距離に応じた磁場の強さを示すグラフである。
【図１０】図６に示すプラズマ処理システムから工程チャンバーに放出されるプラズマビームの分布を例示するグラフである。
【図１１】本発明によるプラズマ加速装置を備えるプラズマスパッタリングシステムの概略切欠斜視図である。
【符号の説明】
【００７７】
１００、１００'：プラズマ処理システム
１１０：プラズマチャンネル
１２０、１９０：ガス供給部
１３０：プラズマ生成／加速部
１３２、１４０、１４４：環状ループインダクター
１５０：ＲＦ電源
１７０：工程チャンバー
１８０、１８０'：基板ホルダー
１８５、１８５'：基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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